DE69820293T2

DE69820293T2 - Deckplatte für einen gasturbinenrotor

Info

Publication number: DE69820293T2
Application number: DE69820293T
Authority: DE
Inventors: Guy Bouchard; R. Hugues BRUNET
Original assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Current assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: DE69820293D1; PL341064A1; CA2312951C; JP4087057B2; WO1999030008A1; CZ20002116A3; EP1038092B1; CZ295252B6; EP1038092A1; CA2312951A1; US5993160A; JP2001526345A; PL195048B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Gasturbinenmaschinen und insbesondere Turbinenrotoren und eine verbesserte Abdeckplatte zum Abdichten der Verbindung zwischen einer Strömungsprofil-Laufschaufel und der Scheibe eines Turbinenrotors.
STAND DER TECHNIK
Turbinenrotoren sind normalerweise mit einer Mehrzahl von individuellen Strömungsprofil-Rotorlaufschaufeln aufgebaut, die an der Peripherie einer Rotorscheibe angebracht sind. Jede Strömungsprofil-Laufschaufel weist eine Wurzel auf, welche in einen individuellen Schlitz gleitet, der in der Peripherie der Scheibe gebildet ist. Abdeckplatten sind erforderlich, um die Verbindung und den Bereich zwischen der Wurzel und der Laufschaufelplattform, die sich an der inneren Grenze des Gas-Strömungswegs befindet, abzudichten. Derartige Abdeckplatten sind relativ schwer und können die Balance des Rotors beeinflussen. Es sind beispielsweise Bolzen oder andere Befestigungselemente zum Befestigen der Abdeckplatten erforderlich.
Das US-Patent 4 343 594, welches am 10. August 1982 Perry erteilt wurde, ist ein Beispiel des Stands der Technik. Dieses Patent betrifft das Gewicht der Abdeckplatten, die zum Abdichten des Bereichs zwischen der Laufschaufelplattform und der Scheibe verwendet werden, und schlägt vor, die Abdeckungen unter Verwendung von Bolzen, welche durch die Scheibe zwischen den Wurzeln gehen, anzuschließen. Tatsächlich sind die Bolzen ein zusätzliches Gewicht, welches von den Abdeckungen benötigt wird.
Das US-Patent 4 505 640 zeigt eine Abdichtvorrichtung für eine Laufschaufelbefestigung an einer Rotoranordnung, bei der Endstücke von einem zweiköpfigen Bolzen gehalten sind, der durch den Laufschaufelhalteschlitz geht, und die Köpfe des Bolzens sind kegelstumpfförmig und sitzen in kegelstumpfförmigen Sitzen in den Endstücken.
GB-A-2 300 677 zeigt einen ähnlichen Bolzen mit Scheiben an beiden Seiten des Rotors und konische Sitze in den Scheiben zum Aufnehmen der kegelstumpfförmigen Köpfe der Bolzen. Dieses britische Patent erwägt auch einen mit einem Winkel angeordneten Bolzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine ringförmige Anordnung von Abdeckungen zum Abdichten des Wurzelbereichs der Scheibe bereitzustellen, ohne das Erfordernis nach zusätzlichen Befestigungselementen und so das durch die Abdeckungen zugegebene Gewicht bei einem Minimum zu halten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Reihe von Abdeckplatten bereitzustellen, die vorhandene Befestigungselemente nutzt.
Die Erfindung liefert einen mit Laufschaufeln versehenen Rotor, wie in Anspruch 1 definiert.
Eine Konstruktion gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine mit einem mit Laufschaufeln versehenen Rotor zu verwendende Abdeckplatte auf, wobei der Rotor eine Scheibe mit einem ringförmigen Randbereich und einer Mehrzahl von in der Peripherie des Randbereichs der Scheibe definierten Schlitzen aufweist, wobei sich jeder Schlitz mit einem spitzen Winkel zur Rotationsachse des Rotors erstreckt, wobei die Laufschaufeln ein Strömungsprofil, eine Laufschaufelplatiform und eine Wurzel aufweisen, wobei die Wurzel in den Schlitz eingesetzt ist und sich ein Niet bzw. Bolzen in Wechselwirkung zwischen der Wurzel der Laufschaufel und dem Schlitz er streckt, um die Laufschaufel an der Scheibe aufgebracht zu halten, und eine ringförmige Anordnung von Abdeckplatten ist radial entlang des Randbereichs vorgesehen, um die Wurzeln und Schlitze gegen das Entkommen von druckbeaufschlagten Gasen axial von dem Randbereich abzudichten, wobei individuelle Abdeckplatten von den Bolzen, die zum Halten der Wurzeln der Laufschaufeln in den Schlitzen verwendet werden, in Position gehalten sind.
Insbesondere ist vorzugsweise eine Schulter an den Randbereich der Scheiben radial nach außen und den Abdeckplatten benachbart vorgesehen, um die Platten radial gegen Zentrifugalkraft zu halten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachdem nun generell die Art der Erfindung beschrieben wurde, wird nun auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die darstellend eine bevorzugte Ausführungsform davon zeigen, und für die gilt:
1 ist ein Axialschnitt, der durch eine typische Turbinenanordnung einer Gasturbinenmaschine genommen ist und eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Teilansicht von hinten, die den mit Laufschaufeln versehenen Rotor mit. den Abdeckplatten der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Radial-Teilansicht, die von der Oberseite der Laufschaufel genommen und teilweise weggebrochen ist, um ein Merkmal der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
4 ist ein vergrößerter Tangential-Teilschnitt, der entlang der Linie 4-4 von 2 genommen ist; und
5 ist eine vergrößerte Teilansicht von hinten ähnlich zu 2, wobei aber ein Teil der Abdeckplatte weggeschnitten ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen und insbesondere auf die 1. Dort ist ein Teil einer Turbinenanordnung 10 für eine Gasturbinenmaschine gezeigt, in der ein Rotor 12 im Axialschnitt gezeigt ist. Der Rotor 12 weist einen Scheibenrandbereich 20 auf, an dem eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Laufschaufeln 14 angebracht ist. Jede Laufschaufel 14 weist eine Laufschaufelplattform 16 auf. Typischerweise hat die Laufschaufel 14 eine Wurzel 24, die in einem Schlitz eingesetzt ist, der in dem Scheibenrandbereich 20 gebildet ist, der eine strömungsaufwärtige ringförmige Oberfläche 20a und eine parallele strömungsabwärtige Oberfläche 20b hat.
Eine abgestufte Schulter 35 ist an dem radial äußeren Rand der strömungsabwärtigen Oberfläche 20b des Scheibenrandbereichs 20 gebildet.
Eine erste Abdeckung 34 ist strömungsaufwärts des Scheibenrandbereichs 20 angeordnet und bedeckt die Randbereichoberfläche 20a und kann auch verwendet werden, um Kühlluft zu den Laufschaufeln 14 zu lenken. An der strömungsabwärtigen Seite des Scheibenrandbereichs 20 ist eine Mehrzahl von dünnen Abdeckungen 18 in einer ringförmigen Anordnung an der Scheibenrandbereich-Oberfläche 20b knapp unterhalb der Plattformen 16 angeordnet. Der Zweck der Abdeckungen 18 ist es, die Bereiche zwischen den Wurzeln 24 in den Schlitzen 36 des Randbereichs des Rotors 12 gegen druckbeaufschlagte Gase abzudichten.
Jede Abdeckung 18 hat eine Mehrzahl von Sitzen 30, die von der Oberfläche der Abdeckung 18 vorragen und die eine aufgeweitete kegelstumpfförmige Oberfläche 32 aufweisen, wie nachfolgend beschrieben werden wird.
Ein Niet bzw. Bolzen 26 ist normal vorgesehen und erstreckt sich durch den Scheibenrandbereich 20 von einer Seite davon zu der anderen und generell an der Grenzfläche zwischen der Wurzel 24 und dem Material des Scheibenrand bereichs 20. Der Bolzen 26 hilft, die Laufschaufel 14 in dem Scheibenrandbereich 20 des Rotors 12 zu verankern.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist die Achse des Bolzens mit einem spitzen Winkel α zu der Rotationsachse des Rotors und generell parallel zu der Wurzel der Laufschaufel 14. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel α 18°.
Die Sitze 30 der Abdeckplatten 18 sind mit den Bolzen 26 ausgerichtet. Der Sitz 30 weist eine aufgeweitete kegelstumpfförmige Oberfläche 32 auf, deren Achse mit der Achse des Bolzens 26 zusammen fällt, wie in den 3 und 4 gezeigt. Der Bolzen 26, der normalerweise verwendet wird, um die Wurzel 24 der Laufschaufel 14 zu verankern, ist in dem Sitz 30 in der Platte 18 aufgenommen. Der aufgeweitete konische Sitz 32 nimmt den Kopf 28 des Bolzens auf. (Die Bolzenköpfe 28 sind in 2 nicht gezeigt.)
Somit kann, wie man erkennen, kann der gleiche Bolzen 26 zum Verankern der Wurzel auch zum Befestigen der Abdeckplatten 18 verwendet werden. Das trägt dazu bei, das Gewicht, welches durch das Vorsehen der Abdeckplatte zugegeben wird, bei einem Minimum zu halten, da die Bolzen bereits ein Bauteil der Rotorstruktur sind.
Die Abdeckplatten 18 grenzen auch an die Schulter 35 an, wie man in 1 sieht, um die radiale Halterung der Abdeckplatten 18 gegen Zentrifugalkräfte zu unterstützen.

Claims

Mit Laufschaufeln versehener Rotor (12) für eine Gasturbinenmaschine mit einer Rotationsachse und einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Laufschaufeln, aufweisend eine Scheibe mit einem ringförmigen Randbereich (20) und eine Mehrzahl von Schlitzen (36), die in der Peripherie des Randbereichs (20) der Scheibe definiert sind, wobei sich jeder Schlitz (36) mit einem spitzen Winkel zu der Rotationsachse erstreckt, wobei jede Laufschaufel (14) ein Strömungsprofil, eine Laufschaufelplattform (16) und eine in einem entsprechenden Schlitz (36) eingesetzte Wurzel (24) aufweist, wobei der mit Laufschaufeln versehene Rotor (12) ferner einen Bolzen (26) aufweist, der sich in Zusammenwirkung zwischen der Wurzel (24) und dem Randbereich (20) an jedem entsprechenden Schlitz (36) erstreckt, um zum Halten der Laufschaufel (14) an der Scheibe beizutragen, wobei mindestens eine Abdeckplatte (18) in einer radialen Ebene an dem Randbereich (20) der Scheibe vorgesehen ist und den Schlitz (36) axial bedeckt und von dem Bolzen (26) in Position gehalten ist und mit dem Randbereich (20), dem Bolzen (26), der Wurzel (24) und dem Schlitz (36) kooperiert, um die Wurzel (24) und den Schlitz (36) gegen ein Entkommen von druckbeaufschlagten Gasen axial aus dem Randbereich (20) abzudichten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sitz (30) einen an der Abdeckplatte (18) gebildeten Vorsprung aufweist, der daran angepasst ist, einen Kopf (28) des korrespondierenden Bolzens (26) aufzunehmen, und wobei der Sitz (30) eine aufgeweitete konische Oberfläche (32) mit einer Achse hat, die mit der Achse des Bolzens (26) zusammen fällt.
Mit Laufschaufeln versehener Rotor (12) nach Anspruch 1, wobei der Randbereich (20) eine Schulter (35) an einem radial entfernten Bereich des Randbereichs (20) aufweist, wobei die Schulter (35) eine axiale Komponente hat, die von der radialen Ebene des Randbereichs (20) weg ragt, wodurch die Abdeckplatten (18) von der Schulter (35) gegen Zentrifugalkräfte gehalten werden können.
Mit Laufschaufeln versehener Rotor (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Achse der aufgeweiteten konischen Oberfläche (32) und des Bolzens (26) parallel zu der Achse des Schlitzes (36) sind und mit einem spitzen Winkel zu der Rotationsachse des Rotors (12) angeordnet sind.
Mit Laufschaufeln versehener Rotor (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine ringförmige Anordnung von Abdeckplatten (18) vorgesehen ist und jede Abdeckplatte (18) der Anordnung eine Mehrzahl von Schlitzen (36) bedeckt.
Mit Laufschaufeln versehener Rotor (12) nach Anspruch 4, wobei jede Abdeckplatte (18) mit einer Mehrzahl von Sitzen (30) versehen ist, wobei mit jedem Schlitz (36) einer korrespondiert.